鲁科版高中物理选择性必修第一册精品课件 第2章 机械振动 第3节 单摆 (2).pptVIP

第2章第3节单摆

基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升学以致用·随堂检测全达标目录索引

学习目标1.知道什么是单摆,了解单摆运动的特点。(物理观念)2.通过实验,探究单摆周期与摆长的关系。(科学探究)3.知道单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。(科学思维)思维导图

基础落实·必备知识全过关

一、单摆的振动1.单摆模型把一根的细线上端固定,下端拴一个小球,线的_______和球的可以忽略不计,这种装置称为单摆。单摆是实际摆的理想化模型。?2.单摆的回复力(1)来源:摆球的。?(2)大小:若摆球质量为m、摆长为l、偏离平衡位置的位移为x,在偏角很小时(通常θ),单摆的回复力F≈,方向总指向平衡位置。?不能伸长质量大小重力沿圆弧切向的分力5°

二、单摆的运动规律单摆在偏角很小时做运动,其振动图像遵循正弦函数规律。?三、单摆的周期1.实验探究(1)探究方法:法。?(2)实验结论:①周期与振幅。?②周期与摆球质量。?③摆长越长,周期。?简谐控制变量无关无关越大

2.周期公式荷兰物理学家惠更斯发现单摆做简谐运动的周期T与摆长l的成正比,与重力加速度g的成反比,即T=。?算术平方根算术平方根

易错辨析判一判1.单摆模型中对细线的要求是其伸缩可忽略,质量可忽略。()2.单摆的摆角大小对单摆的周期没有影响。()3.摆球受到的回复力是它的合力。()√×实验表明,单摆振动的周期与摆球质量无关,在振幅较小时与振幅无关。×单摆的回复力不是它的合力,而是重力沿圆弧切线方向的分力。

即学即用练一练(多选)下列关于单摆的说法正确的是()A.单摆模型中对小球的要求是密度较大,其直径与摆线的长度相比可忽略B.摆球的重力沿半径方向的分力提供单摆运动的回复力C.单摆的摆长变为原来长度的2倍,则其周期变为原来周期的2倍D.把单摆由北京移到北极,其周期要变短AD

解析单摆模型要求小球能看作质点、空气阻力可以忽略,因此,对小球的要求是密度较大,其直径与摆线的长度相比可忽略,选项A正确;摆球的重力沿切线方向的分力提供单摆运动的回复力,选项B错误;单摆的周期与摆长的平方根成正比,因此,当摆长变为原来长度的2倍,则周期变为原来的倍,选项C错误;把单摆由北京移到北极,所处地的重力加速度增大,则其周期减小,选项D正确。

重难探究·能力素养全提升

情境探究探究一对单摆的回复力及运动特征的理解如图所示,一根细线上端固定,下端连接一个金属小球,用手使小球偏离竖直方向一个夹角,然后释放。(1)小球受到哪些力的作用?(2)什么力提供向心力?(3)什么力提供回复力?要点提示(1)小球受细线的拉力和重力作用。(2)细线的拉力和重力沿径向的分力的合力提供向心力。(3)重力沿圆弧切线方向的分力提供小球振动的回复力。

知识归纳1.运动规律摆球以悬点为圆心做变速圆周运动,也是以平衡位置为中心的机械振动。2.受力规律(1)在运动过程中只要v≠0,沿半径方向的力的合力不为0,提供向心力。(2)在运动过程中只要不在平衡位置,小球一定受回复力,即重力沿圆弧切线方向的分力。(3)在平衡位置,回复力为零,小球的合力并不为零,合力提供圆周运动的向心力。

3.单摆做简谐运动的条件如图所示,在摆角很小时,摆球相对O点的位移x的大小与θ角所对的弧长、θ角所对的弦都近似相等,因此sinθ≈,所以单摆的回复力大小F=G1=mgsinθ≈x=kx,其中k=为一常数。考虑力F的方向与位移x的方向相反,所以有F=-kx。因此,在摆角θ很小时,单摆做简谐运动。闪光语录单摆的摆动不一定都是简谐运动,只有单摆做小角度摆动时才认为是简谐运动。

应用体验例题1(2023北京师范大学附属中学高二期末)图中O点为单摆的固定悬点,现将摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,摆球在竖直平面内的A、C之间来回摆动,B点为运动中的最低位置,则在摆动过程中()A.摆球在B点处,速度最大,细线拉力也最大B.摆球在B点处,速度最大,回复力也最大C.摆球在A点和C点处,速度为零,合力与回复力也为零D.摆球受到重力、拉力、向心力、回复力四个力的作用A

解析摆球在B点处,速度最大,细线拉力也最大,故A正确;摆球在B点处,速度最大,回复力为零,故B错误;摆球在摆动过程中,最高点A、C处速度为零,回复力最大,合力不为零,故C错误;摆球受到重力、拉力两个力的作用,故D错误。

规律方法解决单摆回复力问题的关键解决单摆回复力问题时,一定要分清物体的受力、回复力、向心力之间的关系。

针对训练1下